Propiedades químicas y físicas del titanio.
El titanio es un metal refractario resistente y liviano. Las aleaciones de titanio son vitales para la industria aeroespacial y también se utilizan en hardware médico, químico y militar, así como en equipos deportivos.
Las aplicaciones aeroespaciales representan el 80% del consumo de titanio, mientras que el 20% del metal se utiliza en armaduras, hardware médico y productos de consumo.
Propiedades del titanio
Cuando se trata de las propiedades del titanio, no podemos ignorar sus propiedades físicas únicas. El titanio es un metal liviano con una densidad de 4,5 gramos por centímetro cúbico, lo que le confiere una excelente resistencia. Este equilibrio entre resistencia y peso convierte al titanio en un material de andamio en el campo aeroespacial y promueve el desarrollo de aviones modernos.
Símbolo atómico: Ti
Número atómico: 22
Categoría de elemento: metal de transición
Densidad: 4.506/cm 3
Punto de fusión: 3038 grados F (1670 grados)
Punto de ebullición: 5949 grados F (3287 grados)
Dureza Mohs: 6
característica
Las aleaciones que contienen titanio son conocidas por su alta resistencia, peso ligero y excelente resistencia a la corrosión. Aunque el titanio es tan resistente como el acero, es aproximadamente un 40% más ligero.
Esto, sumado a su resistencia a la cavitación (cambios rápidos de presión que provocan ondas de choque que debilitan o dañan el metal con el tiempo) y a la erosión, lo convierte en un metal estructural esencial para los ingenieros aeroespaciales.
El titanio también es altamente resistente a la corrosión por agua y medios químicos. Esta resistencia es causada por la formación de una fina capa de dióxido de titanio (TiO 2 ) en su superficie, lo que hace que estos materiales sean extremadamente difíciles de penetrar.
El titanio tiene un módulo de elasticidad más bajo. Esto significa que el titanio es muy flexible y puede volver a su forma original después de doblarse. Las aleaciones con memoria (aleaciones que se deforman cuando están frías pero vuelven a su forma original cuando se calientan) son importantes para muchas aplicaciones modernas.
El titanio no es magnético y biocompatible (no es tóxico ni alergénico), lo que ha llevado a su uso cada vez mayor en el campo médico.
historia
Para comprender la importancia industrial del titanio, debemos mirar hacia atrás en su historia. El descubrimiento del titanio se remonta al siglo XVIII, pero su forma destructiva no fue aislada con éxito hasta el siglo XX. En las últimas décadas, el titanio ha ido adquiriendo importancia y convirtiéndose en el pilar de la ciencia y la tecnología. Con el auge de la industria de la aviación, las aleaciones de titanio se han convertido en una opción ideal para las estructuras de los aviones. Sus propiedades de ligereza y alta resistencia hacen que los aviones no sólo sean más eficientes energéticamente, sino también más seguros.
El uso del titanio, en cualquier forma, no se desarrolló realmente hasta después de la Segunda Guerra Mundial. De hecho, el titanio no se aisló como metal hasta 1910, cuando el químico estadounidense Matthew Hunter produjo titanio reduciendo el tetracloruro de titanio (TiCl 4 ) con sodio; un método ahora conocido como proceso Hunter.
Sin embargo, la producción comercial no fue posible hasta la década de 1930, cuando William Justin Kroll demostró que el magnesio también podía usarse para reducir el titanio del cloruro. El proceso Kroll sigue siendo el método de producción comercial más utilizado en la actualidad.
El primer uso importante del titanio fue en aviones militares después de que se desarrollara un método de producción rentable. La Unión Soviética y Estados Unidos comenzaron a utilizar aleaciones de titanio en aviones militares y submarinos diseñados en las décadas de 1950 y 1960. A principios de la década de 1960, los fabricantes de aviones comerciales también comenzaron a utilizar aleaciones de titanio.
Una investigación realizada por el médico sueco Per-Ingvar Branemark en los años 50 demostró que el titanio no provoca una respuesta inmune negativa en el cuerpo humano, lo que permite que el metal se integre en nuestro cuerpo. Se llama osteointegración.
Producción
El titanio es un metal ligero muy utilizado cuya producción se basa principalmente en el método de cloración. En este proceso, el mineral de titanio generalmente reacciona con cloro gaseoso y coque para generar cloruro de titanio, que luego se reduce a titanio metálico puro a alta temperatura. Este proceso de producción único y complejo nos proporciona un material de titanio resistente y liviano para sentar las bases para aplicaciones en una variedad de campos.
Aunque el titanio es el cuarto elemento metálico más común en la corteza terrestre (después del aluminio, el hierro y el magnesio), la producción de titanio metálico es extremadamente sensible a la contaminación, especialmente al oxígeno, por lo que su desarrollo es relativamente nuevo y costoso.
Los principales minerales utilizados en la producción primaria de titanio son la ilmenita y el rutilo, que representan aproximadamente el 90% y el 10% de la producción respectivamente.
La producción de concentrado de ilmenita en 2015 fue cercana a los 10 millones de toneladas, aunque solo una pequeña proporción (alrededor del 5%) del concentrado de ilmenita producido cada año se convierte finalmente en titanio metálico. En cambio, la mayor parte se utiliza para producir dióxido de titanio (TiO 2 ), un pigmento blanqueador utilizado en pinturas, alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos.
En el primer paso del proceso Kroll, el mineral de titanio se tritura y se calienta con carbón coquizable en una atmósfera de cloro para producir tetracloruro de titanio (TiCl 4 ). Luego, el cloruro se captura y se pasa a través de un condensador, produciendo cloruro de titanio líquido con una pureza de hasta el 99 %.
Luego, el tetracloruro de titanio se introduce directamente en el recipiente que contiene magnesio fundido. Para evitar la contaminación por oxígeno, hágalo inerte agregando argón.
El proceso de destilación posterior puede durar varios días, durante los cuales el recipiente se calienta a 1832 grados F (1000 grados). El magnesio reacciona con el cloruro de titanio, eliminando el cloruro y produciendo titanio elemental y cloruro de magnesio.
El titanio fibroso resultante se llama titanio esponjoso. Para producir aleaciones de titanio y lingotes de titanio de alta pureza, se puede utilizar la fusión por haz de electrones, arco de plasma o arco al vacío para fundir la esponja de titanio con varios elementos de aleación.
usar
La aplicación del metal titanio en el campo de los artículos deportivos se refleja principalmente en bicicletas, palos de golf, raquetas de tenis y otros equipos de alta gama. Las propiedades ligeras del metal titanio hacen que el equipamiento deportivo sea más flexible y cómodo, mejorando el nivel competitivo de los deportistas.
El metal titanio se usa ampliamente en la industria aeroespacial, automotriz, equipos médicos, industria química, electrónica y artículos deportivos y otros campos. Con el continuo desarrollo y progreso de la ciencia y la tecnología y la mejora de la tecnología, los campos de aplicación del metal titanio seguirán expandiéndose. Las excelentes propiedades y versatilidad del metal titanio lo convierten en una parte indispensable de los materiales de ingeniería modernos.
〔Cita〕Bell, Terence. "Propiedades y propiedades del titanio". ThoughtCo, 4 de abril de 2023, thinkco.com/metal-profile-titanium-2340158.
